de.wedoany.com-Bericht: Die Abteilung für Neue Energien des GRINM-Forschungsinstituts hat mit ihrer selbst entwickelten Wasserstoff-Helium-Trennvorrichtung einen Durchbruch in der Schlüsseltechnologie erzielt. Die Anlage kann schwankende Wasserstoff-Helium-Gasgemische trennen und Helium mit einer Reinheit von über 99,999 % gewinnen, bei einer Trenneffizienz von mindestens 99,9 % und einer Heliumrückgewinnungsrate von über 98 %.
Helium ist als knappe Ressource für die Hightech-Industrie und die strategische Sicherheit Chinas in Schlüsselbereichen wie der Halbleiterfertigung, der medizinischen Magnetresonanztomographie (MRT) mit Supraleitung, der Reinigung von Raketentreibstofftanks in der Raumfahrt und dem Quantencomputing unersetzlich. Die Abhängigkeit Chinas von Heliumimporten liegt bei über 80 %, wobei die hochwertige Wasserstoff-Helium-Trenntechnologie das zentrale Hindernis für eine großflächige Heliumgewinnung im Inland darstellt. Herkömmliche Verfahren leiden unter geringer Trenneffizienz, unzureichender Reinheit und hohem Energieverbrauch, während die katalytische Oxidation aufgrund starker Wärmeentwicklung Sicherheitsrisiken birgt.
Das technische Team der Abteilung für Neue Energien des GRINM-Forschungsinstituts schlug auf Basis der Feststoffspeichertechnologie für Wasserstoff ein neues Verfahren zur chemischen Adsorption von Wasserstoff und Helium mittels Legierungen vor. Nach zweimonatiger Entwicklungsarbeit stellte das Team einen Prototypen fertig, der eine effiziente Trennung von Wasserstoff und Helium ermöglicht. Das mit dieser Technologie gewonnene Helium erreicht eine Reinheit von über 99,999 % und erfüllt damit den nationalen Standard für hochreines Helium, bei einer Rückgewinnungsrate von 98 %. Gleichzeitig beträgt die Reaktionsenthalpie nur ein Zehntel der herkömmlichen katalytischen Oxidation, was die Sicherheit und Energieeffizienz des Trennprozesses erheblich verbessert.
Die erste Wasserstoff-Helium-Trennvorrichtung wurde bereits bei der Shanxi Zefengda Group installiert und in Betrieb genommen. Die Anlage arbeitete über einen längeren Zeitraum stabil bei winterlichen Temperaturen von etwa minus 20 °C in Lüliang und produzierte erfolgreich hochreines Helium mit einer Reinheit von mindestens 99,999 %. Über diesen Erfolg wurde auf der Titelseite der „Science and Technology Daily" berichtet. Basierend auf dem Prototypen entwickelte das Projektteam kommerzielle Anlagen mit Funktionen wie vollautomatischem Betrieb, Echtzeitüberwachung, Datenübertragung und Fehleralarm. Mehrere Aufträge für die Serienproduktion und Markterprobung liegen bereits vor.
Am Projektstandort in Qingyang, Gansu, stand das Team vor der plötzlichen Herausforderung, dass starke Schwankungen in der Zusammensetzung der Erdgasquelle die Leistung der Anlage beeinträchtigten. Durch die Anpassung der Prozessparameter vor Ort und gemeinsame Online-Beratungen optimierten die Techniker das Verfahren iterativ. Der Techniker Wang Renqi tauschte unter Einsatzbedingungen, die keine Schweiß- oder Elektroarbeiten zuließen, mit einer handbetriebenen mechanischen Pumpe das hochviskose Wärmeträgeröl aus, um den stabilen Betrieb der Anlage zu gewährleisten. Nach zwei Wochen intensiver Arbeit produzierte die Wasserstoff-Helium-Trennvorrichtung wieder stabil, womit die technische Herausforderung schwankender Gasquellen gemeistert wurde.
Im Bereich der technologischen Weiterentwicklung verfolgte der Teamleiter Geng Xinhu langfristig die Betriebsdaten der Anlage und entwickelte das Prozesspaket für das „Mehrturm-Kreislaufverfahren". Dabei entstanden wiederverwendbare Prozessdesignrichtlinien und Betriebsvorschriften. Angesichts der spezifischen Betriebsbedingungen von Ammoniaksynthese- und Glasfaserherstellungsprozessen entwarf Geng Xinhu eine neue Gasverteilerstruktur für die Adsorptionstürme. Der optimierte Legierungs-Adsorptionsturm wies einen um 50 % geringeren Strömungswiderstand auf.
Derzeit werden die von der Abteilung für Neue Energien des GRINM-Forschungsinstituts entwickelten Wasserstoff-Helium-Trennvorrichtungen erfolgreich in mehreren Projekten zur Heliumgewinnung aus Erdgas eingesetzt. Das Team konzentriert sich weiterhin auf den Forschungsschwerpunkt „effiziente Trennung und Reinigung von hochreinem Wasserstoff und Helium", optimiert kontinuierlich das Trennverfahren und erkundet neue Anwendungsbereiche wie die Ammoniaksynthese und die Glasfaserproduktion.
